INSTITUTO POLITÉCNICONACIONAL

ESIME UNIDAD CULHUACÁNINGENIERÍA MECÁNICA

MAQUINAS HIDRAULICAS

PROFESOR:GALICIA ROSAS LUCIANO ANDRES

PRACTICA 1:TURBINA PELTON

GRUPO: 7MM2

INTEGRANTES:GALVEZ CRUZ OMAR FERNANDOJUAREZ DOMINGUEZ DIEGO

MARTINEZ GUERRERO DIEGO ALBERTOORTIZ GONZALEZ MAURICIO

VIDAL MARTINEZ ABRAHAM

FECHA: 29/AGOSTO/2013

OBJETIVO

Observar y analizar el comportamiento de una turbina Peltonfuncionando en distintas condiciones de operación y calcularla potencia que desarrolla el freno, su carga hidráulica detrabajo, el rendimiento y graficar las curvas característicasen pruebas a velocidad constante y variable

MARCO TEORICO

Introducción

Las turbinas hidráulicas son turbo máquinas con las cuales seaprovecha la energía hidráulica. La turbina Pelton perteneceal grupo de las turbinas de impulsión o de acción. Con estasse produce la transformación completa de la energía depresión del agua en energía cinética en el distribuidor. Paraello, el chorro de agua se acelera en una tobera e incide enlos álabes del rodete tangencialmente. En los álabes sedesvía el chorro de agua casi 180°. El impulso del chorro deagua se transmite al rodete.

Están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos debajo caudal. Las centrales hidroeléctricas dotadas de estetipo de turbina cuentan, la mayoría de las veces, con unalarga tubería llamada galería de presión para trasportar alfluido desde grandes alturas, a veces de hasta más dedoscientos metros. Al final de la galería de presión sesuministra el agua a la turbina por medio de una o varias

válvulas de aguja, también llamadas inyectores, los cualestienen forma de tobera para aumentar la velocidad del flujoque incide sobre las cucharas.

Turbina Pelton

Las turbinas Pelton, conocidas también como turbinas depresión por ser ésta constante en la zona del rotor, dechorro libre, de impulsión, de admisión parcial por atacar elagua sólo una parte de la periferia del rotor. Así mismoentran en el grupo de las denominadas turbinas tangenciales yturbinas de acción.

Es utilizada en saltos de gran altura (alrededor de 200 m ymayores), y caudales relativamente pequeños (hasta 10 m3/saproximadamente).Son de buen rendimiento para amplios márgenes de variacióndel caudal (entre 30 % y 100 % del caudal máximo).

Pueden ser instaladas con el eje en posición vertical uhorizontal, siendo esta última disposición la más adecuada.

Turbina Pelton eje horizontal y vertical

Componentes de una turbina Pelton

Los componentes esenciales de una turbina Pelton, son:

El distribuidor El rotor La carcasa La cámara de descarga El sistema de frenado El eje de la turbina

Distribuidor

Está constituido por uno o varios equipos de inyección deagua. Cada uno de dichos equipos tiene como misión dirigirconvenientemente un chorro de agua cilíndrico y de secciónuniforme sobre el rotor. También regula el caudal preciso queha de fluir hacia el rotor, llegando incluso a cortarlototalmente cuando sea necesario.

El distribuidor consta de las siguientes partes:

Cámara de distribución Inyector Tobera Aguja Deflector Equipo regulador de velocidad

Rotor

Es la pieza clave donde se transforma la energía hidráulicadel agua en energía mecánica.

Rueda motriz

Está unida rígidamente al eje por medio de chavetas yanclajes adecuados. Su periferia está mecanizadaapropiadamente para ser soporte de los cangilones.

Cangilones

También denominados álabes, cucharas o palas. Están diseñadospara recibir el empuje directo del chorro de agua. Su formaes similar a la de una doble cuchara, con una arista interiorlo más afilada posible, de modo que divide al cangilón en dospartes simétricas Sobre esta arista donde incide el chorro deagua.

Carcasa

Es la envoltura metálica que cubre los inyectores, el rotor ylos otros elementos mecánicos de la turbina.

Cámara de descarga

La cámara de descarga, también conocida como como tubería dedescarga, es la zona por donde cae el agua libremente haciael desagüe, después de haber movido el rotor. Para evitardeterioros por la acción de los chorros de agua, yespecialmente de los originados por la intervención deldeflector, la cámara de descarga suele disponer de un colchónde agua de 2 a 3 m de espesor y blindajes o placas situadasadecuadamente.

Sistema de frenado

Consiste en un circuito de agua derivado de la cámara dedistribución. El agua, proyectada a gran velocidad sobre la

zona convexa de los cangilones, favorece el rápido frenadodel rodete, cuando las circunstancias lo exigen.

Eje

Esta rígidamente unido al rotor y situado adecuadamente sobrecojinetes debidamente lubricados, transmite el movimiento derotación al eje del generador.

Principio de funcionamiento

La tobera o inyector lanza directamente el chorro de aguacontra la serie de paletas en forma de cuchara montadasalrededor del borde de una rueda, el doble de la distanciaentre el eje de la rueda y el centro del chorro de agua sedenomina diámetro Pelton. El agua acciona sobre las cucharas

intercambiando energía con la rueda en virtud de su cambio decantidad de movimiento, que es casi de 180°. Obsérvese en lafigura anexa un corte de una pala en el diámetro Pelton; elchorro de agua impacta sobre la pala en el medio, es divididoen dos, los cuales salen de la pala en sentido casi opuestoal que entraron, pero jamás puede salir el chorro de agua endirección de 180° ya que si fuese así el chorro golpearía ala pala sucesiva y habría un efecto frenante. La sección deentrada del fluido a la cuchara se denomina 1, así como 2 ala sección de salida.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJAS

Mas robustas.

Menos peligro de erosión de los alabes.

Reparaciones mas sencillas.

Regulación de presión y velocidad mas fácil.

Mejores rendimientos a cargas parciales.

Infraestructura mas sencilla.

Gira con alta velocidad, entonces se puede conectar el generador en forma directa, sin pérdidas de transmisión mecánica.

DESVENTAJAS

Altura mínima para su funcionamiento: 20 Metros.

Costo de instalación inicial.

El impacto ambiental es grande en caso de grandes centrales hidroeléctricas.

Requiere de múltiples inyectores para grandes caudales.

Calculo para Prueba a Velocidad Variable.

a) Carga de Velocidad sobre la turbina.

hv=V2

2g→(QpromA

)2

Qprom=Qnn

A=(πD2 )4

Dónde:

H=11cm→0.11mts

D=2.5pulg

n: número de lecturas

Q90°=3.48H52

Q90°=3.48 (0.11mts)52=0.01396 m

3

s

2.5pulg→0.06mts

Qprom=0.01396 m

3

s10

=0.001396 m3

s

A=¿¿

hv=(0.001396 m3

s0.002827m2 )

2

=0.2438mts

b) Carga Efectiva Hn, sobre la turbina.

Hn=hp+hv

hp=pγ

hp=68909810

=.702mts

Hn=.702mts+0.2438mts=.9458mts

c) Par T, generado por la turbina:

T=F∗r

r=0.25mts

T=10N∗0.25mts=2.5N∙m

d) Velocidad angular m; de la turbina.

ω=(2πn)60

ω=(2π(400rpm))

60=41.887 rad

seg

e) Potencia hidráulica Nh, sobre la turbina.

Nh=γQHn

Dónde:

γ:9810 Nm3

Nh=(9810 Nm3 )(0.01396 m

3

s ) (.9458mts )=129.525W

f) Potencia mecánica generada por la turbina.

Nm=Tω

Nm=(2.5N∙m ) (41.887radseg )=104.717Wg) Rendimiento de la turbina η.

η=NmNh

∙100

η=104.717W129.525W

∙100=80.84%

DIAGRAMA UNIFILAR

1. Línea del depósito abajo del nivel del fluido2. Bomba de desplazamiento fijo3. 3 válvula de paso manual4. Válvula de paso manual5. Turbina pelton6. Freno de turbina7. Generador8. Voltaje generado

CONCLUSIONES

Este tipo de turbina es muy eficiente, en esta prácticapudimos apreciar solo a una pequeña escala puesto que estaturbina funciona con la caída de agua (y no con una bombade agua, claro que esto es solo la simulación) a veceshasta 200 metros de altura, aun con esta gran diferenciael principio es el mismo, tubería, válvulas de paso, aguadel inyector entre otros elementos, principios yconocimientos que más a delante podremos aprovechar yexplotar. La fuerza a la que era expulsada el agua eraenorme y esto se lograba gracias a una pequeña válvulasituada a la salida, la forma que poseen los alabes de laturbina son de suma importancia ya que estos permiten elimpacto de chorro de agua con los alabes, y aprovechandola fuerza de esta interacción al máximo.

ANEXOS